碳纳米管/环氧树脂复合材料的湿热老化和分子动力学模拟
环氧树脂已经在各个领域得到应用，在使用过程中不可避免的面临湿热环境。环氧树脂在湿热条件下容易发生老化，材料性能下降，使用寿命缩短，因此，必须提高环氧树脂抵抗湿热老化的能力。本文以环氧树脂为研究对象，以官能化碳纳米管作为改性材料，制备了碳纳米管改性环氧树脂复合材料，通过对复合材料进行湿热老化实验和分子动力学模拟，研究了碳纳米管对环氧树脂湿热性能的影响。主要研究结论如下: (1)研究MWCNTs-COOH、MWCNTs-OH和MWCNTs-NH2对环氧树脂密度、Tg和力学性能的影响，探索了碳纳米管的官能化和含量对MWCNTs/EP复合材料性能的影响规律。结果表明，碳纳米管对MWCNTs/EP复合材料性能的影响主要取决于碳纳米管在MWCNTs/EP复合材料中的分散及碳纳米管/环氧树脂间的相互作用。在本文研究中,碳纳米管的添加量为0.4wt％时，碳纳米管在MWCNTs/EP复合材料中的分散性及性能最优，对环氧树脂的改性效果最好。 (2)研究环境温度、碳纳米管官能化和含量对MWCNTs/EP复合材料湿热老化过程中吸湿行为、Tg和力学性能的影响，探索碳纳米管官能化和添加量对MWCNTs/EP复合材料湿热性能影响规律。结果表明，湿热环境会对环氧树脂造成破坏，老化后材料性能降低，在环氧树脂中加入碳纳米管显著降低了提高复合材料湿热老化后的性能保留率。在本研究中，MWCNTs-NH2/EP复合材料湿热老化后性能保留率最高，MWCNTs-NH2对环氧树脂湿热老化性能改善最好。 (3)通过分子动力学模拟，建立碳纳米管/环氧树脂的分子模型，模拟MWCNTs/EP复合材料湿热老化行为，研究碳纳米管对环氧树脂湿热性能的作用机制。建立不同官能化碳纳米管和吸水率的MWCNTs/EP复合材料分子模型，计算模型的密度、能量、自由体积及水分子均方位移。研究结果表明，增强碳纳米管/环氧树脂间相互作用和减少自由体积均有利于提高MWCNTs/EP复合材料湿热老化性能。
碳纳米管;环氧树脂复合材料;湿热老化;分子动力学模拟
北京化工大学
硕士
材料与化工
李鹏;李冈
2023
中文
TB383;TQ323.5
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）